汽车机械基础课件（35讲）：第21讲 汽车齿轮材料、失效、结构与参数

1、学习情景三:汽车传动装置 汽车机械基础技术应用课题: 汽车齿轮失效及材料汽车机械基础技术应用 课题: 汽车齿轮失效及材料汽车机械基础技术应用 变速器汽车机械基础技术应用 能够根据变速器和差速器的机构和工作原理, 进行变速器和差速器拆装与调试;能够根据变速器和差速器的结构、设计准则、工作环境和材料特点, 进行齿轮的失效分析和材料选用.教学目标：汽车机械基础技术应用 教学内容齿轮常见的失效形式齿轮传动的设计准则齿轮的常用材料及选用齿轮的结构及润滑课题: 汽车齿轮材料及失效汽车机械基础技术应用 （一）齿轮常见的失效形式齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。其主要失效形式有：轮齿折断 ： 疲劳折断； 突然过

2、载折断 ； 严重磨损及安装制造误差等造成轮齿折断；汽车机械基础技术应用 齿轮传动的失效形式：提高齿轮的抗折断能力措施：1）用增加齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；2）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；3）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；4）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。 汽车机械基础技术应用 齿轮传动的失效形式：齿面磨损：磨损是开式传动的主要失效形式。主要措施：采用闭式传动；提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；采用清洁的润滑油。汽车机械基础技术应用 齿轮传动的失效形式：齿面点蚀轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的变应力作用，由于疲劳而

3、产生的麻点状剥蚀损伤的现象。点蚀是闭式传动常见的失效形式。开式传动时由于磨损,很少出现点蚀。点蚀首先出现在节线靠近齿根处。汽车机械基础技术应用 齿轮传动的失效形式：齿面点蚀：主要措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；采用合理变位。汽车机械基础技术应用 防止胶合的措施：提高齿面硬度；降低齿面粗糙度；增大润滑油粘度；限制油温。齿轮传动的失效形式：齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑油膜被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。汽车机械基础技术应用 齿轮传动的失效形式：塑性变形：重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦

4、力方向产生塑性变形。措施：提高齿面硬度；增大润滑油粘度。汽车应用材料 第一章硬度 材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。衡量材料软硬程度最常用的硬度试验为 布氏硬度（HB）(如图） 洛氏硬度(HR) .此外，还有维氏硬度(HV)、肖氏硬度（弹性回跳法）、显微硬度和锤击式布氏硬度等。汽车应用材料 第一章汽车应用材料 第一章1布氏硬度 测试原理：用一定大小的载荷F，把直径为D的硬质合金球压入被测试样表面，保持规定时间后卸除载荷，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d。用载荷F除以压痕的表面积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。 汽车应用材料 第一章1布氏硬度 汽车应用材料 第一章 用硬质合金球作为压

5、头所测得的布氏硬度用符号HBW表示，适用于测量硬度不超过650的材料。 1布氏硬度 汽车应用材料 第一章 布氏硬度的表示方法规定为： 符号HBS和HBW前面的数值为硬度值，符号后面按以下顺序表示试验条件：压头球体直径（）、试验载荷（Kgf）、试验载荷保持时间（S）（1015S不标注）。 例120 HBW10/1000/30 实验测量d查表硬度1布氏硬度 汽车应用材料 第一章2.洛氏硬度 洛氏硬度采用直接测量压痕深度来确定度值的。试验原理如图所示。 我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，试验条件及应用范围见表1-2。 洛氏硬度值的表示方法规定为：硬度符号前面注明硬度值，例如52HRC、70HR

6、A。 在硬度和强度之间，存在着一定的换算关系。 汽车应用材料 第一章汽车应用材料 第一章汽车机械基础技术应用 齿轮传动的设计准则 闭式齿轮传动：1）软齿面（350HBW)主要失效形式:齿面点蚀，按齿面接触疲劳强度进行设计计算，按齿根弯曲疲劳强度校核。2）硬齿面（350HBW）或铸铁齿轮轮齿折断的可能性较大，按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，按齿面接触疲劳强度校核。开式齿轮传动:主要失效形式为齿面磨损，通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%20%，而无需校核接触强度。汽车机械基础技术应用 齿轮的常用材料 齿轮材料基本要求 ：齿面硬、齿芯韧即：(1)齿

7、面应有足够的硬度，以抵抗齿面磨损、点蚀、胶合以及塑性变形等；(2)齿芯应有足够的强度和较好的韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷：(3)应有良好的加工工艺性能及热处理性能使之便于加工且便于提高其力学性能。最常用的齿轮材料是钢，此外还有铸铁及一些非金属材料等。汽车机械基础技术应用 齿轮材料选用的基本原则 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、 可靠性、经济性等； 应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造 工艺； 钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持 在3050HBW或更多。 汽车机械基础技术应用 锻钢：强度高、韧性好、便于制造、便于热处理等，大多数齿轮都用锻钢制造。齿轮的常用材料

8、 软齿面齿轮：齿面硬度350HBW，常用中碳钢和中碳合金钢，如45钢40Cr，35SiMn等材料，进行调质或正火处理。硬齿面齿轮齿面硬度350HBW，常用的材料为中碳钢或中碳合金钢经表面淬火处理。汽车机械基础技术应用 选择齿轮材料的注意事项：在确定大、小齿轮硬度时应注意： 小齿轮的齿面硬度大齿轮的齿面硬度= 3050HBW；原因：小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。汽车机械基础技术应用 铸钢当尺寸在400一600mm不便于锻造时，用铸造方法制成铸钢齿坯，再正火处理细化晶粒。 铸铁当尺寸500mm、低速、轻载的齿轮可以制成铸

9、铁齿坯、大齿圈或轮辐式齿轮。 非金属材料 高速轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁。齿轮的常用材料汽车机械基础技术应用 1汽车齿轮的选材（1）汽车齿轮的工作条件 （2）汽车齿轮的主要失效形式 汽车机械基础技术应用 对汽车齿轮的性能要求 1）高的弯曲疲劳强度； 2）高的接触疲劳强度耐磨性； 3）较高的强度和冲击韧性； 4）较好的热处理性能，热处理变形小。汽车齿轮的选材汽车机械基础技术应用 典型汽车齿轮选材在我国，应用最多的汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷

10、丸处理，增大表面应压力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。 加工工艺路线 ： 下料锻造正火切削加工渗碳、淬火及低温回火喷丸磨削加工汽车齿轮的选材图2-53 汽车变速齿轮 汽车机械基础技术应用 二、圆柱齿轮的结构与润滑 （一）圆柱齿轮的结构形状圆柱齿轮结构一般分为轮缘、轮毂和轮辐三部分. 1齿轮轴 2实心式齿轮 3辐板式齿轮 常用的齿轮结构形式有以下几种：汽车机械基础技术应用 常用的齿轮结构形式有以下几种：汽车机械基础技术应用 常用的齿轮结构形式有以下几种：图 齿轮轴 图 实心式齿轮 汽车机械基础技术应用 常用的齿轮结构形式有以下几种：图 辐板式齿轮模锻圆柱齿轮 b）自由锻造的圆柱齿轮 图 铸造的辐板式齿轮 汽车机械基础技术应用 （二）齿轮传动的润滑和效率润滑方式:（1）浸油润滑 , （2） 喷油润滑 图 油池润滑和喷油润滑a) 不带油轮的油池润滑 b) 带油轮的油池润滑 c) 喷油润滑 汽车机械基础技术应用 齿轮传动的润滑润滑方式汽车机械基础技术应用 齿轮传动的润滑和效率2.润滑剂的选择 在选择润滑油时，先根据齿轮的工作条件以及圆周速度由下表查得运动粘度值，再根据选定的粘度值确定润滑